Химическая переработка топлива

Описание презентации по отдельным слайдам:

• 

  1 слайд

  Лекции на тему:
  Химическая переработка топлива
  Автор: доцент кафедры высокомолекулярных соединений и общей химической технологии,
  к.х.н. Базунова Марина Викторовна
  

• 

  2 слайд

  Топливом называют существующие в природе или искусственно изготовленные горючие органические вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для химической промышленности.
  Химические топлива подразделяются:
  - по происхождению: на природные (угли, нефть и т.д.) и искусственные (кокс, технологические газы);
  - по агрегатному состоянию на твердые, жидкие, газообразные;
  - по составу на унитарные (однокомпонентные), в которых окислитель и горючее находятся в одной фазе, и многокомпонентные, в которых окислитель и горючее составляют разные фазы.
  
  

• 

  3 слайд

  Средний состав химических топлив
  Теплотворная способность - это количество тепла, которое получают при сжигании единицы массы или объема топлива
  Теплотворная способность (Дж) - это количество тепла, которое получают при сжигании единицы массы или объема топлива
  

• 

  4 слайд

  Пирогенетическая переработка топлив
  газификация
  гидрирование
  пиролиз
  

• 

  5 слайд

  Газификация твёрдого топлива
  
  Газификацией твёрдого топлива называется процесс превращения органической части топлива в горючие газы путём воздействия на него окислителей.
  Сырьё: низкосортное твердое топливо—торф, бурые угли, сланцы, полукокс, отходы лесоразработок и др.
  Окислители: воздух (воздушное дутьё), водяной пар (паровое дутьё), а также их смеси (паровоздушное и парокислородное дутьё)
  

• 

  6 слайд

  Химизм процесса газификации
  При кислородном дутье:
  С + О2 = СО2 – ΔН (а);
  2С + О2 = 2СО – ΔН (б);
  При паровом дутье:
  С + Н2О = СО + Н2 + ΔН (в);
  С + 2Н2О = СО2 + 2Н2 + ΔН (г);
  а также вторичная реакция:
  СО + Н2О = СО2 + Н2 – ΔН (д);
  Побочная реакция: СО2 + С = 2СО
  

• 

  7 слайд

  Таблица 1. Состав генераторных газов
  
  Рис. 1. Газогенератор: 1 — загрузочная коробка, 2 — конусный затвор, 3 — шахта, 4 — колосниковая решетка, 5 — чаша.
  I — зона газификации, II — зона сухой перегонки, III — зона сушки топлива
  

• 

  8 слайд

  Ожижение твёрдого топлива
  Гидрированием (гидрогенизацией) твёрдого топлива называется деструктивный каталитический процесс превращения органической части топлива в жидкие продукты, обогащённые водородом и используемые как жидкое топливо.
  Условия: температура 400-560 0С, давление водорода 20-70 МПа.
  Катализатор:
  

• 

  9 слайд

  Реакции, протекающие при ожижении твёрдого топлива:
  
  1. деструкции и деполимеризации высокомолекулярных структур угля {С} + nH2→ CnH2n
  2. гидрирования образовавшихся алкенов
  CnH2n+ H2→ CnH2n+2
  деструкции высших алканов с последующим гидрированием алкенов и образованием алканов меньшей молекулярной массы
  CnH2n+2→ CnH2m+2 + CpH2p
  CpH2p + H2→ CpH2p+2
  гидрирования конденсированных ароматических систем с последующим разрывом цикла и деалкилированием:
  нафталин + Н2→ тетрагидронафталин
  о-диэтилбензол → бензол + 2С2Н4
  раскрытия пятичленных циклов с образованием изоалканов
  
  

• 

  10 слайд

  Рис. 2. Схема жидкофазной гидрогенизации топлива:
  1 — аппарат подготовки сырья, 2 — насос для пасты, 3 — реактор гидрирования, 4 — центрифуга, 5, 6 — ректификационные установки, 7 — нейтрализатор, 8 — реактор гидроочистки
  

• 

  11 слайд

  Коксование каменных углей
  Коксование – метод переработки топлив, преимущественно углей, заключающийся в нагревании их без доступа воздуха до 900-10500С.
  Продукты коксования:
  Кокс
  Коксовый газ
  Каменноугольная смола
  Надсмольная вода
  
  

• 

  12 слайд

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  ПКГ – прямой коксовый газ, СБ – сырой бензол, КУС – каменноугольная смола, ОКГ- обратный коксовый газ
   
  

• 

  13 слайд

  Элементный и групповой химический состав нефти
  Нефть - сложная исключительно многокомпонентная взаиморастворимая смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов различного химического строения с числом углеродных атомов до 100 и более с примесью гетероорганических соединений серы, азота, кислорода и некоторых металлов
  

• 

  14 слайд

  Углеводородная часть нефти
  Алканы
  - Газообразные парафиновые углеводороды (от СН4 до С4Н10 включительно)
  - Жидкие парафиновые углеводороды (от С5Н12 до С15Н32 включительно)
  - Твердые парафиновые углеводороды (от С16Н34 и выше) (парафины, церезины)
  Циклоалканы (производные циклопентана, циклогексана)
  Ароматические углеводороды
  Гибридные углеводороды
  

• 

  15 слайд

  Цикланы (нафтены)
  

• 

  16 слайд

  Неуглеводородная часть нефти
  Серасодержащие соединения (меркаптаны, сульфиды, дисульфиды жирного ряда).
  По содержанию серы нефти делятся на малосернистые (до 0.5%), сернистые (от 0.5 до 2.0%) и многосернистые (выше 2.0%).
  

• 

  17 слайд

  Азотистые соединения нефти
  

• 

  18 слайд

  Кислородные соединения нефти
  нафтеновые кислоты (циклопентан- и циклогексанкарбоновые кислоты),
  смолы и асфальтовые вещества
  Минеральные примеси в нефти
  механические примеси,
  минеральные соли,
  зола,
  металлы (Са, Mg, Fe, Al, Si, V, Ni, Na и др.)
  

• 

  19 слайд

  Фракционный состав нефтей
  

• 

  20 слайд

  Нефтепродукты
  1. Моторные топлива, в том числе:
  – карбюраторное для поршневых двигателей с зажиганием от электрической искры;
  – дизельное для поршневых дизельных двигателей с воспламенением от сжатия.
  2. Котельные топлива для топок паровых котлов, генераторных установок, металлургических печей.
  3. Реактивное топливо для авиационных реактивных и газотурбинных двигателей.
  4. Смазочные масла для смазки трущихся деталей машин с целью уменьшения трения и отвода тепла.
  5. Консистентные смазки для уменьшения трения между деталями, защиты от коррозии, герметизации соединений, содержащие загустители.
  6. Продукты, используемые для нефтехимического синтеза.
  
  

• 

  21 слайд

  Детонационная стойкость – способность бензина сгорать в двигателе внутреннего сгорания с воспламенением от искры без детонации.
  Детонация – особый ненормальный
  режим сгорания карбюраторного
  топлива в двигателе.
  Октановым числом (ОЧ) называется условная единица измерения детонационной стойкости,
  численно равная содержанию в объемных процентах изооктана в смеси с н-гептаном, которая детонирует при той же степени сжатия в цилиндре карбюраторного двигателя, что и топливо.
  Оч изооктана, мало склонного к детонации, принимается равным 100, а н-гептана, чрезвычайно склонного к детонации, равно 0.
  

• 

  22 слайд

  Компонентный состав автобензинов в России
  
  
  
  

• 

  23 слайд

  Цетановым числом называется условная единица измерения детонационной стойкости, численно равная содержанию в объемных процентах цетана (гексадекана) в смеси с α- метилнафталином, которая детонирует при той же степени сжатия в цилиндре дизеля, что и топливо. При этом цетановое число цетана С16Н34 принимается равным 100, а α-метилнафталина равным 0.
  

• 

  24 слайд

  Подготовка нефти к переработке
  - Отделение газов
  - обессоливание
  Обезвоживание
  Деэмульгаторы – неионогенные ПАВ (оксиэтилированные жирные кислоты, оксиэтилированные алкилфенолы,
  

• 

  25 слайд

  Физические методы переработки нефти (прямая перегонка)
  Принципиальная схема блока атмосферной перегонки нефти установки ЭЛОУ-АВТ-6: 1- отбензинивающая колонна; 2 – атмосферная колонна; 3 – отпарные колонны; 4- атомосферная печь; I – нефть с ЭЛОУ; II - лёгкий бензин; III – тяжёлый бензин; IV – фракция 180-220 0С; V - фракция 220-280 0С; VI - фракция 280-350 0С; VII – мазут; VIII – газ; IX – водяной пар
  
  

• 

  26 слайд

• 

  27 слайд

  типы термических процессов
  1. Термический крекинг высококипящего дистиллятного или ос­таточного сырья при повышенном давлении (2-4 МПа) и темпера­туре 500 - 540 °С с получением газа и жидких продуктов.
  2. Коксование - длительный процесс термолиза тяжелых остатков или ароматизированных высококипящих дистиллятов при не­высоком давлении и температурах 470 - 540 °С.
  3. Пиролиз - высокотемпературный (750 - 800 °С) термолиз газообразного, легкого или среднедистиллятного углеводородного сырья, проводимый при низком давлении и малой продолжительности.
  4. Процесс получения технического углерода (сажи)
  5. Процесс получения нефтяных пеков (пекование)
  6. Процесс получения нефтяных битумов - среднетемпературный продолжительный процесс окислительной дегидроконденсации (карбонизации) тяжелых нефтяных остатков (гудронов, асфальтитов деасфальтизации), проводимый при атмосферном давлении и температуре 250 - 300°С.
  
  

• 

  28 слайд

  Влияние структуры и массы молекул углеводородов на величину энергий разрыва связей между атомами углерода, углерода с водородом
  
  В нормальных алканах энергия разрыва связи между атомами водорода и находящегося внутри цепи углерода постепенно уменьшается в направлении к середине цепи (до 360 кДж/моль).
  Энергия отрыва атома водорода от вторичного и особенно от третичного атома углерода несколько меньше, чем от первичного.
  В молекуле алкенов энергия отрыва атома водорода от угле­родного атома с двойной связью значительно больше, а от атома уг­лерода, находящегося в сопряжении с двойной связью, - значитель­но ниже, чем энергия С-Н-связи в алканах.
  В нафтеновых кольцах прочность связи С-Н такая же, как в связях вторичного атома углерода с водородом в молекулах алканов.
  В молекулах бензола и алкилароматических углеводородов энергия связи между атомом углерода в кольце и водородом сопос­тавима с прочностью С-Н-связи в метане, а энергия отрыва водоро­да от углерода, сопряженного с ароматическим кольцом, значитель­но ниже, чем энергия С-Н-связи в алканах.
  Энергия разрыва углерод-углеродной связи в молекулах всех классов углеводородов всегда ниже энергии С-Н-связи (примерно на 50 кДж/моль).
  Связи между первичными атомами углерода всегда прочнее, чем С-С-связи в комбинациях с первичным, вторичным и третичным атомами углерода.
  В алкилароматических углеводородах углерод-углеродная связь, сопряженная с ароматическим кольцом (С - Сар), менее проч­на, чем связь С-С в алканах.
  
  

• 

  29 слайд

  Реакции превращения углеводородов нефтяного сырья при крекинге
  1. Термическая деструкция алканов по схеме:
  
  
  где: n = m+р; m = q + x
  2. Превращения нафтенов, в том числе реакции дегидрирования
  
  
  

• 

  30 слайд

  Превращения алкенов, в том числе реакции:
  
  Синтез и превращения ароматических углеводородов по реакциям конденсации алкенов и алкадиенов
  деалкилирования
  

• 

  31 слайд

  . Принципиальная технологическая схема установки термического крекинга дистиллятного сырья: I - сырье; II - бензин на стабилизацию; III - тяжелый бензин из К-4; IV- вакуумный отгон; V- термогазойль; VI - крекинг-остаток; VII -газы на ГФУ; VIII - газы и водяной пар к вакуум-системе; IX - водяной пар
  

• 

  32 слайд

  Месторождения
  природного газа в России
  

• 

  33 слайд

  Преимущества природного газа как моторного топлива:
  
  Октановое число по исследовательскому методу около 110, что позволяет повысить степень сжатия двигателя и тем самым литровую мощность двигателя, снизить удельный расход топлива;
  при работе двигателя на сжатом природном газе (СПГ) межремонтный пробег в 2 раза выше, чем на бензине;
  существенно больше расход масла.
  Недостатки СПГ: необходимость использования специальных толстостенных баллонов.
  

• 

  34 слайд

  Химический состав попутного нефтяного газа
  

• 

  35 слайд

  Преимущества сжиженного попутного газа (СНГ) перед СПГ и бензином:
  
  высокое октановое число (≥110);
  широкие пределы воспламенения;
  хорошее перемешивание с воздухом;
  полное сгорание в цилиндрах → меньшая токсичность (в 4-5 раз) выхлопных газов;
  исключена конденсация паров топлива в цилиндрах двигателя, в результате не происходит сжижение картерной смазки;
  образование нагара крайне незначительно.
  Недостатки СНГ:
  высокая летучесть;
  большая взрывоопасность;
  

• 

  36 слайд

  Процесс Фишера — Тропша — это химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой монооксид углерода (CO) и водород H2 преобразуются в различные жидкие углеводороды.
  Катализаторы процесса: металлы VIII группы (Ru, Co, Fe, Ni)
  Назначение процесса: производство синтетических углеводородов для использования в качестве синтетического смазочного масла или синтетического топлива.
  Химизм процесса: восстановительная олигомеризация оксида углерода:
  nCO + (2n+1)H2 → CnH2n+2 + nН2О
  nCO + 2nH2 → CnH2n + nН2О
  

• 

  37 слайд

  Кислородсодержащие органические соединения
  как моторное топливо или добавки к ним
  Спирты (метиловый, этиловый, изопропиловый,третбутиловый)
  Их преимущества: 1)высокое октановое число;
  2)низкие температуры кипения;
  3)высокие теплоты сгорания.
  Эфиры (метилтретбутиловый эфир МТБЭ, этилтретбутиловый эфир ЭТБЭ, и др.) Их преимущества:
  1) высокая антидетонационная стойкость;
  2) хорошо смешиваются с бензином;
  3) практически не вызывают коррозии;
  4) не требуют переделок в системах питания автомобиля;
  5) меньшая плотность;
  6) соизмеримая с углеводородами теплота испарения.